铸钢丸风冷淬火装置及其淬火方法
【专利摘要】本发明公开了一种铸钢丸风冷淬火装置及其淬火方法，采用风冷，因而不受水汽的影响，从而不会产生铸钢丸的过度锈蚀，不需要后续的铁锈处理工序，即不再需要表面研磨处理，工艺相对简单，耗能少。且整体上，所需要的工艺设备，即铸钢丸风冷淬火装置相比于水淬火结构要简单得多。
【专利说明】铸钢丸风冷淬火装置及其淬火方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于铸钢丸淬火的装置，以及相应的淬火方法。
【背景技术】
[0002] 抛丸是一种表面处理工艺，相类似的工艺还有喷砂和喷丸，其中抛丸是一个冷处 理过程，分为抛丸清理和抛丸强化，抛丸清理顾名思义是为了去除表面氧化皮等杂质提高 外观质量，抛丸强化就是利用高速运动的弹丸（60-llOm/s)流连续冲击被强化工件表面， 迫使靶材表面和表层（0. 10-0. 85mm)在循环性变形过程中发生以下变化：1.显微组织结构 发生改性；2.非均匀的塑变外表层引入残余压应力，内表层生产残余拉应力；3.外表面粗 糙度发生变化（Ra Rz)。
[0003] 抛丸材料有多种，典型特点是都具有比较高的硬度，其中钢丸应用比较广泛，所说 的钢丸通常采用铸钢丸，铸钢表面硬度不高，因此需要通过淬火以提高表面硬度。
[0004] 传统的铸钢丸生产是将其加热到预定温度后用水快速冷却，由于水冷后表面颜色 发黑变暗，在经过晾干以后会生成一层厚厚的铁锈，后续需要再加热蒸发水分，然后进行表 面研磨处理，同时还需要进行水处理，工序复杂，耗能大，大大增加了生产成本。
【发明内容】
[0005] 因此，本发明提出了一种基于风冷的铸钢丸淬火装置，工艺相对简单，耗能小，而 有效规避了水冷工艺复杂的问题；同时，本发明还提供了一种基于风冷的铸钢丸淬火方法。
[0006] 依据本发明的一个方面，一种铸钢丸风冷淬火装置，包括：
[0007] 风冷淬火室，为上端开放的立式结构，且下部设有风门，并在中上部相对两侧中的 一侧较高的部位开有进料口，另一侧相对较低的部位开有出料口；
[0008] 送风机，经由所述风门接入所述风冷淬火室，以提供冷却风；
[0009] 钢丸淬火筛，布设在进料口与出料口之间，从而形成从进料口向出料口倾斜的风 冷淬火室隔筛；
[0010] 风速减小室，构造为上端为大端的锥形筒，下底与风冷淬火室上底相同，从而该风 速减小室下端与风冷淬火室上端对接连通；以及
[0011] 除尘室，构造为上端为小端的锥形筒，且下底与风冷减小室的上底相同，从而该除 尘室下端与风速减小室的上端对接连通，其中除尘室的上底留有管接口，用于除尘设备的 连接。
[0012] 依据本发明的另一个方面，一种铸钢丸风冷淬火方法，其特征在于，包括：
[0013] 以重力为送料驱动力，采用倾斜向下的网筛为送料通道进行送料，通过网筛倾斜 角度的匹配，产生不同粒径铸钢丸的进出料周期；
[0014] 在送料路径上，采用向上的冷却风对送料路径上的铸钢丸进行淬火，通过控制风 量以匹配不同粒径的铸钢丸；
[0015] 而在送料路径上方，通过减小风压进行随风向上走的铸钢丸的风选；
[0016] 风选铸钢丸后的废气进行进一步的匹配预定粒径的铸钢丸缝隙阻挡后排出废气。
[0017] 依据本发明，采用风冷，因而不受水汽的影响，从而不会产生铸钢丸的过度锈蚀， 不需要后续的铁锈处理工序，即不再需要表面研磨处理，工艺相对简单，耗能少。且整体上， 所需要的工艺设备，即铸钢丸风冷淬火装置相比于水淬火结构要简单得多。
[0018] 上述铸钢丸风冷淬火装置，所述钢丸淬火筛与水平面的夹角为5°?7°，在满足 利用重力下行的条件下，能够在钢丸淬火筛上滞留足够长的时间，满足淬火的需要。
[0019] 进一步地，为方便调整，所述风冷淬火室在设有进料口的一侧和设有出料口的一 侧均设有支撑结构，藉由该支撑结构调整钢丸淬火筛与水平面之间的夹角。
[0020] 优选地，所述支撑结构为刚性固定在风冷淬火室底部的高度调节板，结构紧凑，且 也方便调整，稳定性也好。
[0021] 所述风冷淬火室的横截面为矩形，且进料口所在边的长度小于相邻边，整体结构 相对紧凑。
[0022] 所述风门水平设置，并在钢丸淬火筛倾向方向上设有并列的两个进风口，使得所 进冷却风相对均匀。
[0023] 为满足不同粒径铸钢丸的淬火，所述送风机配有风量调整机构。
[0024] 进一步进行分拣，所述除尘室内水平地排布有多层相互平行的管状物，相邻层管 状物交错排列，管状物间构成对预定粒径的钢丸的阻挡间隙。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为依据本发明的一种铸钢丸风冷淬火装置实施例的主视结构示意图（省略除 尘风机）。
[0026] 图2为相应于图1的左视结构示意图。
[0027] 图中：1.除尘室；2.风速减小室；3.风冷淬火室；4.进料口；5.出料口；6.钢丸淬 火筛；7.钢丸挡板；701.钢丸出口；8.左进风口；9.装置底板；10.右进风口；11.右侧高度 调节板；12.左侧高度调节板；13.风冷淬火室与风速减小室连接板；14.钢管；15.除尘室 上连接板；16.除尘室与风速减小室连接部分；17.除尘风机；18.风冷淬火室检查口。
【具体实施方式】
[0028] 热处理领域技术人员应当知晓，从狭义上说，淬火就是把钢件加热到临界温度 (Ac3或者Acl)以上，保温一定时间使之奥氏体后，再以大于临街冷却速度的冷却速度进行 冷却，从而获得马氏体或/和贝氏体组织的热处理工艺。
[0029] 淬火，按照冷却介质分，有空冷淬火、气冷淬火、风冷淬火、水冷淬火、油冷淬火、盐 水淬火、热浴淬火、喷液淬火和喷雾淬火等，也存在符合淬火如喷雾淬火与风冷淬火的负荷 淬火，由于当前铸钢丸主要采用水冷淬火，存在比较多的缺陷，继而，开发除了针对铸钢丸 的风冷淬火装置也相适应的淬火方法。
[0030] 风冷淬火本身相对比较成熟，在此不再深入描述风冷淬火本身，在下文中，重点描 述针对铸钢丸的风冷淬火设备和方法。
[0031] 参照说明书附图1和2,一种铸钢丸风冷淬火装置，其基本结构包括：
[0032] 风冷淬火室3,位于图1、图2所示结构的下部，整体为下端封闭的柱状筒（整体为 桶形结构），惯常的布置状态是立式结构，上端不设端盖，形成上端开放的结构，用于与其他 部分相连接。
[0033] 风冷淬火室的下部设有风门，如图1下部所示的两个进风口，即左进风口 8和右进 风口 10,用于引入冷却气体，风冷的气体来源主要是周边环境的气体，必要时进行过滤，使 相关气体比较纯净，冷却速度主要跟风量有关，因此，针对风冷淬火室，满足在规定时间内 通流相适应的风量即可，基于此，本领域的技术人员能够理解。
[0034] 在风冷淬火室5的中上部相对两侧中的一侧较高的部位开有进料口 4,另一侧相 对较低的部位开有出料口 5,如图1下部左右两侧，自然送料方向是从左向右。
[0035] 配置送风机，如图2所示的除尘风机17,主要采用离心风机，风量大，且风冷淬火 对风压要求不高，因此，使用离心风机成本也比较低，且能够满足使用要求。具体配置结构 师，经由所述风门接入所述风冷淬火室3,以提供冷却风，对于风量的调节主要根据铸钢丸 的粒径进行调节。
[0036] 然后在风冷淬火室3内设置钢丸淬火筛6,布设在进料口 4与出料口 5之间，由于 进料口 4高，出料口 5位置相对较低，从而形成从进料，4向出料口 5倾斜的风冷淬火室隔 筛，如图1所示，这样形成一个倾斜的通道，利用重力作用，加热后的铸钢丸从进料口 4进入 到钢丸淬火筛6，然后铸钢丸沿着钢丸淬火筛6下行，风自下而上对铸钢丸进行快速冷却。 [0037] 风量较大时，可以对粒径比较大的铸钢丸进行快速冷却，反之，可适用于粒径相对 较小的铸钢丸。
[0038] 铸钢丸的生产并非像例如轴承的滚珠一样，具有规范的大小和粒径，抛丸所使用 的铸钢丸往往是利用废钢才制作，一批铸钢丸中粒径相差比较大，或者说粒径不均匀。抛丸 对粒径也有一定的要求，一般针对不同的工件，采用不同粒径范围的铸钢丸，因此，对铸钢 丸进行选择还是必要的。
[0039] 为此设置风速减小室2,该风速减小室2构造为上端为大端的锥形筒，从而通流 截面变大，风压变小，对被吹起的铸钢丸的顶托力下降，从而部分被吹起的铸钢丸会重新落 下，在结构上，风速减小室2下底与风冷淬火室3上底相同，从而该风速减小室下端与风冷 淬火室上端对接连通，如图1中所示的风冷淬火室与风速减小室连接板13,图中表示的结 构为法兰连接，风冷淬火室与风速减小室连接板13构成法兰盘，匹配连接，由于所需要的 风压不高，对其密封性要求也不严格。
[0040] 进而配置除尘室1，在结构上构造为上端为小端的锥形筒，如图1上部所示，且下 底与风冷减小室2的上底相同，从而该除尘室1下端与风速减小室2的上端对接连通，其中 除尘室1的上底留有管接口，用于除尘设备的连接，两者连接也采用法兰连接，用于收纳废 气，进行除尘后排放。
[0041] 在钢丸淬火网6的末端配有钢丸挡板7,港湾挡板7左右对置在钢丸淬火网6的两 边，形成料斗，用于收拢流淌过来的铸钢丸，然后汇集到出料口 5进行出料。
[0042] 根据具体的结构钢丸挡板7可以配置为多块，拼接成在来料方向收拢上下、左右 来的铸钢丸，整体构造为料斗结构。
[0043] 关于所述钢丸淬火筛6的倾斜角度，由于铸钢丸多是接近球形的个体，因此，形成 为滚动摩擦，与钢丸淬火筛6之间的摩擦系数很小，因此，所需要的倾斜角度相对较小，另 夕卜，由于风的顶托，摩擦力也很小，因此钢丸淬火网6与水平面的夹角为5°?7°，并且尽 可能设计成可调结构，在于铸钢丸粒径越大，相同风压条件下对铸钢丸的顶托力的影响就 越小，可以根据具体的需要进行角度的调整。
[0044] 调整角度不宜过大，否则会影响利用重力进行送料的基本原理。因此最大角度控 制在7°。而最小角度则最好控制在5°。
[0045] 关于风压，选择为1670_2550Pa，一般的离心机可以满足需要，离心机风量大，功率 密度大，可以提供较大的流量。
[0046] 由于铸钢丸淬火前需要加热到900摄氏度左右，需要较大的风量进行冷却，因此 对于一般的风冷淬火，需要控制风量在5700-10000m 3/小时。
[0047] 钢丸淬火网6与水平面的夹角会影响钢丸从进料口 4到出料口 5的时间，因此，需 要匹配不同的物料进行选择，为了提高设备的适应性，所述风冷淬火室3在设有进料口 4的 一侧和设有出料口 5的一侧均设有支撑结构，藉由该支撑结构调整钢丸淬火筛6与水平面 之间的夹角，从而适应不同的铸钢丸淬火。
[0048] 进一步地，所述支撑结构为刚性固定在风冷淬火室底部的高度调节板，如图1所 示的左侧高度调节板12和右侧高度调节板11，整体上，包括风冷淬火室在内主体主要是钣 金结构，增加如左侧高度调节板12可以增加所安装部位的支撑刚度，防止被支撑部位的变 形。
[0049] 关于所述风冷淬火室3的横截面可以是圆形、椭圆形或者矩形，圆形在各向上的 距离相等，具体是所构造的进料口 4与出料口 5在各个方向上的距离相等，而冷却需要铸钢 丸在钢丸淬火网6上滞留足够长的时间，因而需要钢丸淬火网6有足够的长度，如果采用圆 形截面的风冷淬火室3,必然使的其整体结构过于庞大。
[0050] 因此，可选的方案是椭圆形截面或者矩形界面的结构，优选为矩形截面，且进料口 4所在边的长度小于相邻边。那么对应的如风冷减小室2就构成四棱锥结构。这样的结构 相对紧凑，如图1和2所示。
[0051] 优选地，所述风门水平设置，并在钢丸淬火筛倾向方向上设有并列的两个进风口， 这样在横截面相对狭长的结构中，可以获得相对均匀的风力投送。
[0052] 优选地，所述送风机配有风量调整机构，自然，风力调整也可以设置在风门处，以 根据需要调整风量大小。
[0053] 进一步地，所述除尘室内水平地排布有多层相互平行的管状物，相邻层管状物交 错排列，管状物间构成对预定粒径的钢丸的阻挡间隙，这样颗粒比粉尘相对较大的铸钢丸 会被阻挡下来。
[0054] -种铸钢丸风冷淬火方法，包括：
[0055] 以重力为送料驱动力，采用倾斜向下的网筛为送料通道进行送料，通过网筛倾斜 角度的匹配，产生不同粒径铸钢丸的进出料周期；
[0056] 在送料路径上，采用向上的冷却风对送料路径上的铸钢丸进行淬火，通过控制风 量以匹配不同粒径的铸钢丸；
[0057] 而在送料路径上方，通过减小风压进行随风向上走的铸钢丸的风选；
[0058] 风选铸钢丸后的废气进行进一步的匹配预定粒径的铸钢丸缝隙阻挡后排出废气。
[0059] 使用中，加热的铸钢丸从进料口 4进入，沿倾斜的钢丸淬火筛6向下运动，采用两 台离心风机分别将风从左进风口 8和右进风口 10进入，风的流量5700-10000m3/小时、风 压1670-2550Pa，风是水平进入冷淬火室，通过弥散形成相对均匀的气流。
[0060] 风不断地通过钢丸淬火筛6向上流动，将铸钢丸冷却，被风吹起较轻的铸钢丸到 达截面尺寸变大的风速减小室2,由于在风速减小室2向上的截面积逐渐变大，风速减小铸 钢丸由于重力作用下落到钢丸淬火筛6上向下滚动到两侧倾斜向中变窄的钢丸挡板7处， 钢丸挡板中部开有钢丸出口，铸钢丸经过钢丸出口向下运动，最后从出料口 5流出，铸钢丸 风冷淬火完毕。
[0061] 较小的钢丸和粉尘杂质在风的作用下通过风速减小室到达除尘室1，在除尘室1 装有若干个前后布置、上下层之间交错的钢管14,较小的钢丸在钢管14的缝隙中穿过，阻 碍钢丸向上移动，被迫下落。
[0062] 在该淬火装置的底部设置有左侧高度调节板12和右侧高度调节板11，高度调节 板上设有加强筋，当垫高左侧调节板12时，钢丸淬火筛与地面的倾斜角度变大，铸钢丸下 落的速度就快，适合粒径小的铸钢丸淬火；当垫高右侧调节板11时，钢丸淬火筛与地面的 倾斜角度变小，铸钢丸下落的速度就慢，适合粒径大一些的铸钢丸淬火。
[0063] 该装置的后下部对着进风口设有两个风冷淬火室检查口 18,检查钢丸淬火筛6和 清理从钢丸淬火筛6落下的杂质。
[0064] 除尘室1上连接板用来连接除尘管道。
[0065] 钢丸的每分钟流过风冷淬火室3的数量越多需要的风量越大，进行风量匹配即 可，在前文中也有说明，且风冷淬火也是相对比较成熟的技术。
[0066] 同时，钢丸的直径越大所用的风量越大。
[0067] 另外，钢丸的冷却与风压关系不大，风压跟尾气中颗粒物的组成有关；主要是冷风 能够在一定时间内将钢丸冷却就可以了，不要求有很大的风压。
[0068] 水冷后，水与钢丸表面氧化产生氧化铁，颜色发红褐色，表面锈蚀，必须进行研磨。 但风冷是空气降温，不产生化学反应，表面还是钢丸原色，不用研磨，也不用进行水处理，不 会产生水污染，节省工艺，降低成本，达到质量要求（两种淬火后的硬度差别不大，该硬度 是非常高的）。
[0069] 下表为风冷淬火的一组实验结果，其中的硬度是50粒钢丸的平均硬度，其中最小 值是60. 9HRC，最大值是63. 9HRC。
[0070] 实验参考数据：
[0071]
【权利要求】
1. 一种铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，包括： 风冷淬火室，为上端开放的立式结构，且下部设有风门，并在中上部相对两侧中的一侧 较高的部位开有进料口，另一侧相对较低的部位开有出料口； 送风机，经由所述风门接入所述风冷淬火室，以提供冷却风； 钢丸淬火筛，布设在进料口与出料口之间，从而形成从进料口向出料口倾斜的风冷淬 火室隔筛； 风速减小室，构造为上端为大端的锥形筒，下底与风冷淬火室上底相同，从而该风速减 小室下端与风冷淬火室上端对接连通；以及 除尘室，构造为上端为小端的锥形筒，且下底与风冷减小室的上底相同，从而该除尘室 下端与风速减小室的上端对接连通，其中除尘室的上底留有管接口，用于除尘设备的连接。
2. 根据权利要求1所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述钢丸淬火筛与水平 面的夹角为5°?7°。
3. 根据权利要求2所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述风冷淬火室在设有 进料口的一侧和设有出料口的一侧均设有支撑结构，藉由该支撑结构调整钢丸淬火筛与水 平面之间的夹角。
4. 根据权利要求3所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述支撑结构为刚性固 定在风冷淬火室底部的高度调节板。
5. 根据权利要求3或4所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述风冷淬火室的横 截面为矩形，且进料口所在边的长度小于相邻边。
6. 根据权利要求5所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述风门水平设置，并在 钢丸淬火筛倾向方向上设有并列的两个进风口。
7. 根据权利要求6所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述送风机配有风量调 整机构。
8. 根据权利要求1所述的铸钢丸风冷淬火装置，其特征在于，所述除尘室内水平地排 布有多层相互平行的管状物，相邻层管状物交错排列，管状物间构成对预定粒径的钢丸的 阻挡间隙。
9. 一种铸钢丸风冷淬火方法，其特征在于，包括： 以重力为送料驱动力，采用倾斜向下的网筛为送料通道进行送料，通过网筛倾斜角度 的匹配，产生不同粒径铸钢丸的进出料周期； 在送料路径上，采用向上的冷却风对送料路径上的铸钢丸进行淬火，通过控制风量以 匹配不同粒径的铸钢丸； 而在送料路径上方，通过减小风压进行随风向上走的铸钢丸的风选； 风选铸钢丸后的废气进行进一步的匹配预定粒径的铸钢丸缝隙阻挡后排出废气。
10. 根据权利要求9所述的铸钢丸风冷淬火方法，其特征在于，网筛与水平面的夹角为 5。?7。。
【文档编号】C21D1/62GK104152645SQ201410436497
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】徐洪修, 张肖, 王瑞国, 张嘎, 成道荣, 邴青洋, 王守仁 申请人:山东开泰工业科技有限公司